Ligação Química e Orbitais Moleculares
A ligação química descreve como elétrons compartilhados mantêm os átomos unidos em moléculas, e a teoria do orbital molecular explica isso combinando orbitais atômicos em orbitais moleculares deslocalizados.
Definition
Ligação química é a interação atrativa líquida que mantém os átomos unidos em uma molécula, surgindo quântico-mecanicamente da diminuição da energia eletrônica quando os elétrons são compartilhados; um orbital molecular é uma função de onda de um elétron que se estende por toda a molécula, tipicamente construída como uma combinação linear de orbitais atômicos.
Scope
Este tópico abrange a descrição quântico-mecânica da ligação química: o íon-molécula de hidrogênio e a molécula de hidrogênio como protótipos, a construção de orbitais moleculares ligantes e antiligantes pela combinação linear de orbitais atômicos, a ordem de ligação e sua relação com a estabilidade, e a imagem complementar da ligação de valência com hibridização. Explica a ligação covalente, o compartilhamento de elétrons e as tendências na força de ligação e magnetismo em moléculas diatômicas.
Core questions
- Por que o compartilhamento de elétrons diminui a energia de dois átomos e forma uma ligação?
- Como os orbitais moleculares são construídos a partir de orbitais atômicos?
- O que distingue orbitais ligantes de antiligantes, e o que é a ordem de ligação?
- Como as descrições de orbital molecular e de ligação de valência se relacionam?
Key concepts
- Ligação covalente e compartilhamento de elétrons
- Orbitais ligantes e antiligantes
- Combinação linear de orbitais atômicos
- Ordem de ligação
- Interação de troca
- Hibridização e ressonância
Key theories
- Teoria do orbital molecular (LCAO)
- A combinação de orbitais atômicos em fase resulta em um orbital molecular ligante com densidade eletrônica aumentada entre os núcleos, e fora de fase resulta em um orbital antiligante de energia mais alta com um nó; o preenchimento desses determina a ordem de ligação e a estabilidade molecular.
- Teoria da ligação de valência e a ligação covalente
- Heitler e London mostraram quântico-mecanicamente que dois átomos de hidrogênio se ligam através de uma interação de troca de seus elétrons, a base da imagem da ligação de valência posteriormente estendida por Pauling com hibridização e ressonância.
Clinical relevance
As teorias de orbitais moleculares e de ligação de valência explicam e preveem a geometria, estabilidade, reatividade e propriedades magnéticas e ópticas das moléculas, fornecendo a linguagem conceitual da química e a base para métodos computacionais usados na descoberta de medicamentos e no design de materiais.
History
O tratamento da molécula de hidrogênio por Heitler e London em 1927 foi a primeira explicação quântico-mecânica da ligação covalente. Mulliken e Hund desenvolveram a abordagem do orbital molecular em paralelo, e The Nature of the Chemical Bond de Pauling em 1939 sintetizou as ideias de ligação de valência com hibridização e eletronegatividade em uma estrutura que transformou a química.
Key figures
- Walter Heitler
- Fritz London
- Robert Mulliken
- Linus Pauling
Related topics
Seminal works
- heitler1927
- pauling1939
- atkins2011
Frequently asked questions
- O que é a ordem de ligação?
- A ordem de ligação é a metade da diferença entre o número de elétrons em orbitais moleculares ligantes e antiligantes. Uma ordem de ligação mais alta corresponde a uma ligação mais forte e mais curta; uma ordem de ligação de zero significa que nenhuma ligação estável se forma, como para dois átomos de hélio.
- Por que o oxigênio molecular é paramagnético?
- A teoria do orbital molecular coloca os dois elétrons mais energéticos do O₂ em orbitais antiligantes degenerados separados com spins paralelos, deixando dois elétrons desemparelhados. Isso torna o O₂ paramagnético, um resultado que a imagem simples da ligação de valência não prevê naturalmente.